高溫超導可控電抗器電磁特性研究及其超導線圈的電磁、低溫設計.pdf

1、電抗器是重要的無功補償裝置，在高壓或特高壓電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應用?？煽仉娍蛊骺筛鶕?jù)運行工況實時調節(jié)自身容量，以穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、控制無功功率，以及提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。伴隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，一些可控電抗器由于存在不可忽略的諧波干擾、電抗值不穩(wěn)定以及損耗高等問題，在應用范圍上受到限制。將超導體應用在可控電抗器的控制線圈上，利用超導體的零電阻、高通流密度（一般可高出銅導線兩個數(shù)量級）特性，可以減小可控電抗器的體積，降低線圈上損耗，提高可控電抗器的

2、利用效率。本文介紹了超導可控電抗器的研究背景、現(xiàn)狀和超導可控電抗器超導線圈電磁、低溫設計的理論基礎，詳細研究了超導可控電抗器的電磁特性及其超導線圈設計所需要解決的關鍵技術，并基于380 V超導可控電抗器樣機的測試和35kV/3.5MVar單相超導可控電抗器超導線圈的設計，對這些關鍵技術進行了實驗驗證和設計實踐。
　　本研究主要內容包括：⑴針對電力系統(tǒng)及電力工業(yè)的發(fā)展對可控電抗器的要求，設計了一種新的超導可控電抗器方案，通過380

3、V超導可控電抗器樣機試驗，論證了該超導可控電抗器具有諧波含量低、電抗值穩(wěn)定以及控制線圈損耗小的特點。⑵針對超導可控電抗器的多線圈電磁耦合、交流工作環(huán)境特點，提出采用場路耦合有限元法來完成超導線圈的電磁設計，并對其進行了實驗驗證；通過測量值和計算值的對比，對以1μV/cm作為“四引線法”超導線圈臨界電流判據(jù)的精確性進行了分析，作為比較，提出了可以更精確地反映超導線圈局部臨界電流的全域臨界電流計算法。⑶針對大容量超導可控電抗器超導線圈因采用

4、多根超導帶材并聯(lián)繞制而可能存在的環(huán)流和交流損耗較大的問題，提出了減小超導線圈環(huán)流和降低交流損耗的新方法，并將其用于35 kV/3.5 MVar單相超導可控電抗器超導線圈電磁設計中。⑷針對大容量超導可控電抗器的低溫熱負荷大，尤其是超導線圈交流損耗過大的特點，基于35 kV/3.5 MVar單相超導可控電抗器超導線圈的低溫設計，提出了對交流損耗較大的超導雙餅增加導冷結構，并在其附近進行低溫冷卻管道方案和液氮流量優(yōu)化設計的低溫冷卻設計新方案。